凍融循環下柑橘纖維對冷凍預發酵面團的改良

肖天宇，?；蔟垼瑢O明琨，趙丹丹，劉學強，郝建雄，饒歡

（河北科技大學食品與生物學院，河北石家莊 050000）

冷凍生面團最早出現在20 世紀40 年代，隨著面制品行業的快速發展，冷凍技術被越來越多地應用到面團生產中，使冷凍面團技術得到迅速發展[1]。但是不同面點所需要的面團種類不同，單一的冷凍面團技術不能滿足各種冷凍面點食品的要求。預發酵技術是一種將面團在制作前通過發酵的方式進行處理的工藝，這種技術能夠極大縮短后期成品制作時間[2]。綜上，冷凍預發酵面團在市場占有率以及近幾年的市場增速上，存在明顯的優勢。

在冷凍食品儲存和運輸過程中出現的溫度波動會導致冷凍食品的品質劣變，包括冰晶造成的機械破壞、水分遷移和酵母活力下降[3-4]。隨著凍融循環次數增加，面團品質逐漸變差，尤其是在第3 次后品質存在明顯的下降，而且還會破壞蛋白質和酵母，導致酵母產氣能力下降，面筋蛋白的延展性變差，最終降低面團的品質[5]。為了降低凍融循環對冷凍食品的影響，研究者們進行了大量試驗。如在馬鈴薯面團中加入抗凍多肽，結果表明添加1%抗凍多肽使馬鈴薯面團的比體積增大、發酵時間縮短、失水率降低[6]。將改性處理后的麥麩膳食纖維添加到饅頭中不僅可以提高饅頭的品質，還能實現補充膳食纖維的目的[7]。

柑橘纖維（citrus fibre，CF）是一種由柑橘果皮經過提取和加工得到的天然膳食纖維。它的主要成分是果膠和半纖維素，具有很高的持水性、保油性和黏性[8]。將柑橘加工后果渣廢棄物開發出的CF 應用于谷物類產品中，既充分利用了果渣資源，又能夠增加人們對膳食纖維的攝入，提升該類食品營養價值，應用前景廣闊。此外，Spina 等[9]研究發現，添加2%的CF 可以生產出類似于對照面包品質的小麥全硬面包，不僅賦予面包柑橘風味，而且可以有效延長面包儲藏期。

本文探究凍融循環對冷凍預發酵面團的影響，并向面團中添加柑橘纖維，研究柑橘纖維在凍融循環過程中對冷凍預發酵面團的改良效果，以期為柑橘纖維在冷凍面制品中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

面粉：益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司；高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司；白砂糖：市售；柑橘纖維：青島瓏潤食品有限公司；三羥甲基氨基甲烷[tris（hydroxymethyl）aminomethane，Tris]、十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS）、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetra acetic acid，EDTA）：北京索萊寶科技有限公司；甘氨酸：上海易恩化學技術有限公司；5，5′-二硫雙（2-硝基苯甲酸）[5，5′-dithiobis（2-nitrobenzoic acid，DTNB]：北京博奧拓達科技有限公司。所用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DL-TM018 面包機：廣東東菱電器有限公司；BGZ-70 電熱鼓風干燥箱：上海博迅醫療生物儀器股份有限公司；TA.XT Plus 質構儀：英國Stable Micro System 公司；HAAKE MARS 40 動態流變儀：美國Thermo Scientific 公司；HD-4B 型智能水分活度測量儀：無錫市華科儀器儀表有限公司；長帝-TRTF32 烤箱：廣東偉仕達電器科技有限公司；GL-20G-II 高速冷凍離心機：上海安亭科學儀器廠；S-4800-I 場發射掃描電鏡：日本HITACHI 公司；XBL-E3 速凍機：中國MDC 公司；VF-12C 醒發箱：廣州旭眾食品機械有限公司；BD/BC-118UEMA冰箱：合肥美的電冰箱有限公司。

1.3 方法

1.3.1 冷凍預發酵生面團的制備

面團配方：300 g 面粉、182 mL 去離子水、2.4 g 高活性干酵母、11.8 g 白砂糖。柑橘纖維添加量為面粉質量的1.5%。

凍融循環參數設置：參考王秋玉[10]的方法并稍作調整，將生面團從速凍機中取出，置于醒發箱（38 ℃，相對濕度75%）內，取解凍后的生面團，記作第0 次循環，即F0，再將解凍的面團放置冰箱（-18 ℃）中1 d，取出后重復上述動作4 次，依次記為F1、F2、F3、F4。

1.3.2 冷凍預發酵面團質構的測定

取凍融循環后的樣品（長5 cm、寬1.5 cm、高2 cm長方體），利用質構儀進行測定。取P5 探頭勻速向下運動，直至刺破樣品。參數設置：測前速度1.00 mm/s、測時速度5.00 mm/s、測后速度5.00 mm/s；測試模式：壓縮；壓縮距離7 mm；觸發力類型：自動；觸發力大?。?.0 g。每組做5 個平行。

1.3.3 冷凍預發酵面團動態流變學特性的測定

稱取凍融處理后的面團內部（0.50±0.05）g，利用動態流變儀測定彈性模量G′與黏性模量G″。利用P35探頭，安裝完成后設定溫度為25 ℃，應變范圍1%。頻率掃描范圍為0.1～10 Hz，間隙為1 mm。每個樣品重復測定3 次。

1.3.4 冷凍預發酵面團中水分含量的測定

根據GB 5009.3—2016《食品安全國家標準食品中水分的測定》中的第一法（直接干燥法）測定水分含量。

1.3.5 冷凍預發酵面團的酵母發酵力測定

將不同凍融次數的生面團置于醒發箱解凍20 min（38 ℃，相對濕度75%），取解凍后的面團，稱其質量（m，g），隨后分別放入3 個50 mL 量筒作平行試驗，生面團壓實后放入醒發箱醒發40 min（38 ℃，相對濕度75%）。以面團的最高點為基準，記錄樣品初始體積（v1，mL）和最終體積（v2，mL），計算兩次體積差值（Δv），即為樣品的醒發體積。樣品的酵母發酵力（Δh，mL/g）計算公式如下。

1.3.6 冷凍預發酵面團游離巰基（—SH）含量的測定

稱取凍干后的面團粉末樣品50 mg，加入5 mL SDS-TGE 溶液（EDTA 0.3 g，甘氨酸1.725 g，Tris 2.6 g，SDS 6.25 g，用濃鹽酸調pH 值至8.0，去離子水定容至250 mL）和100 μL 4 mg/mL 的DTNB-TGE 溶液（20 mg DTNB，加入5 mL SDS-TGE 溶液），渦旋振蕩使固體完全溶解，室溫下避光反應20 min，10 000 r/min 離心20 min，在412 nm 處測定其上清液的吸光值。以谷胱甘肽標準品作標準曲線（y=4.340 3x+0.000 3，R2=0.999 2）。

1.3.7 冷凍預發酵面團微觀結構觀察

利用場發射掃描電鏡對凍融循環不同次數的面團進行觀察。取凍干后的面團樣品，將小塊樣品輕放在雙面膠上，噴金，測量時電子槍的加速度為5 kV，放大倍數為1 000 倍。

1.3.8 預發酵油酥燒餅制備

烤箱提前預熱，烤盤上涂薄油。將解凍好的面團放置于烤盤上，表面刷油，烤箱設置為上下火180 ℃，18 min?？竞玫臒炄〕?，待其冷卻至室溫后進行后續操作。

1.3.9 預發酵油酥燒餅比體積的測定

使用小米體積置換法測定預發酵油酥燒餅的體積（V，mL）。將燒餅的表皮脆片剝離，防止在試驗過程中掉落而造成過大誤差，稱量預發酵油酥燒餅質量（M，g），預發酵油酥燒餅比體積（A，mL/g）的計算公式如下。

1.3.10 預發酵油酥燒餅感官評價

預發酵油酥燒餅感官評價標準見表1。

表1 預發酵油酥燒餅的感官評價標準Table 1 Sensory evaluation criteria for pre-fermented pastry shaobing

1.4 數據處理

利用Excel 進行數據統計和整理，采用IBM SPSS Statistics 26 和Origin 2018 進行數據分析和繪圖。

2 結果與分析

2.1 凍融循環對冷凍預發酵面團質構特性和動態流變學特性的影響

凍融循環對冷凍預發酵面團質構特性及動態流變學特性的影響如圖1 所示。

圖1 凍融循環對冷凍預發酵面團質構特性及動態流變特性的影響Fig.1 Effect of freeze-thaw cycle on texture and dynamic rheological properties of frozen pre-fermented dough

由圖1 可知，空白組和CF 組的硬度和膠著性均呈上升趨勢。其中，第3 次凍融循環后，空白組和CF組硬度均顯著上升。與空白組相比，CF 組硬度更大，硬度的增加是由于纖維對面筋蛋白網絡的影響[11]。柑橘纖維中有水溶性膳食纖維，會與蛋白質、淀粉競爭水分，通過靜電引力、氫鍵、范德華力等次級鍵的作用，加熱后形成凝膠，導致了硬度變化[12]。

冷凍預發酵面團動態流變學特性與產品加工過程及最終產品品質密切相關，由圖1 可知，空白組隨著凍融次數的增加，冷凍預發酵面團的G′和G″呈降低趨勢，說明凍融循環對面團的黏彈性有不利影響。Wang等[13]研究發現，凍融循環后的黏彈性減弱可能與面團內部谷蛋白大聚體的含量有關。此外，CF 組的黏性和彈性均增大，這是因為柑橘纖維通過面筋蛋白的鍵合關系，提高了面團結合水的能力，使得食品內部形成穩定的三維結構[14]。因此，向食品中添加適量的纖維可以減緩淀粉的老化速度。

2.2 凍融循環對冷凍預發酵面團含水量的影響

凍融循環對冷凍預發酵面團含水量的影響見圖2。

圖2 凍融循環對冷凍預發酵面團含水量的影響Fig.2 Effect of freeze-thaw cycle on moisture content of frozen pre-fermented dough

由圖2 可知，冷凍預發酵面團的水分含量在凍融循環過程中整體呈先增加后減小的現象，且于F2 達到峰值，原因可能是在凍融處理前期，樣品中的自由水和結合水發生部分遷移，導致冷凍預發酵面團含水量增加。F3、F4 時，水分含量有所下降。CF 組水分含量明顯高于空白組（除F4），驗證了柑橘纖維具有較好的持水性。在冷凍預發酵面團中添加的CF 可以參與到淀粉與蛋白質對于水分的競爭中，使得冷凍預發酵面團中的水分重新分布，并且有助于提高水分的遷移速率，從而改善冷凍預發酵面團的產品品質。

2.3 凍融循環對冷凍預發酵面團面筋結構的影響

二硫鍵是維持蛋白質結構的主要作用力之一，溫度波動會使二硫鍵斷裂，生成游離巰基[15]，游離巰基的含量變化在一定程度上可以反映蛋白質分子的氧化、聚集情況和蛋白質結構的變化。凍融循環對冷凍預發酵面團中游離巰基的含量及微觀結構的影響見圖3。

圖3 凍融循環對冷凍預發酵面團中游離巰基的含量及微觀結構的影響Fig.3 Effect of freeze-thaw cycle on content of free sulfhydryl and microstructure in frozen pre-fermented dough

由圖3A 可知，隨著凍融次數的增加，兩組中游離巰基含量均呈遞增趨勢。CF 組冷凍預發酵面團中的游離巰基含量均低于空白組，說明添加柑橘纖維可以有效阻礙游離巰基的增加，維持蛋白面筋結構。

由圖3B 可知，F0 淀粉顆粒圓滑，且具有較平滑的壁面結構，隨著凍融次數的增加，F4 淀粉顆粒表面呈現出凹凸不平的特征，且碎屑開始增多，孔隙增大。這是因為樣品經過反復冷凍解凍，冰晶生長破壞了面筋內部結構，內部連續結構受到嚴重機械損傷，使得面團網絡結構破裂，無法籠絡淀粉顆粒。

2.4 凍融循環對冷凍預發酵面團酵母發酵力的影響

凍融循環對冷凍預發酵面團酵母發酵力的影響見圖4。

圖4 凍融循環對冷凍預發酵面團酵母發酵力的影響Fig.4 Effect of freeze-thaw cycle on yeast fermentability of frozen pre-fermented dough

由圖4 可知，隨著凍融次數的增加，酵母的發酵力逐漸減弱，這也驗證了凍藏降低酵母活性的理論[16]。凍融循環對空白組的影響較小，F0～F2 時，酵母產氣能力幾乎沒有變化，當進行到第3、4 次凍融時酵母產氣能力顯著降低，這可能因為凍融次數越多，面團中面筋性蛋白的支撐力越差，而且酵母的成活率也呈現降低趨勢。CF 組的酵母產氣能力弱于空白組，這是因為添加CF 后等同于稀釋了面團中淀粉含量，酵母可利用分解的營養物質減少，導致面團發酵高度降低，氣體產生量降低[17]。

2.5 凍融循環對預發酵油酥燒餅品質的影響

2.5.1 凍融循環中柑橘纖維對預發酵油酥燒餅比體積的影響

凍融循環對預發酵油酥燒餅比體積的影響如圖5所示。

圖5 凍融循環對預發酵油酥燒餅比體積的影響Fig.5 Effect of freeze-thaw cycle on specific volume of prefermented pastry shaobing

由圖5 可知，兩組的比體積隨著凍融次數的增加均表現出下降趨勢。對于空白組來說，F0、F1、F2之間具有顯著性差異，這是因為反復凍融過程中冰晶的再生長和重結晶程度加深，使面筋蛋白結構發生不可逆破壞[18]。油酥燒餅的比體積隨著柑橘纖維的加入而降低，一方面是因為纖維添加到面團中會降低面筋濃度，導致面筋網絡形成不充分最終導致成品比體積降低[19]。另一方面可能是因為發酵過程中，纖維刺破氣泡會引發氣體逸散，從而造成燒餅比體積降低[20]。

2.5.2 凍融循環對預發酵油酥燒餅感官評分的影響

凍融循環對預發酵油酥燒餅的感官評分的影響如圖6 所示。

圖6 凍融循環對預發酵油酥燒餅的感官評分的影響Fig.6 Effect of freeze-thaw cycle on sensory scores of prefermented pastry shaobing

由圖6 可知，隨著凍融次數的增加，兩組感官評分均呈下降趨勢，證明凍融循環對預發酵油酥燒餅的感官評分存在不利影響，但是添加CF 后，感官評分高于空白組，說明柑橘纖維有減緩凍融循環影響的作用。在F0 時，兩組的感官評分差異不明顯。然而，從F1 開始，兩組之間感官評分差距變大，表明添加柑橘纖維可以減緩凍融循環對成品的不良影響。然而，隨著凍融次數的增加，這種保護作用逐漸減弱，說明柑橘纖維在凍融循環發生較少次數時可以減緩凍融循環的危害。

3 結論

隨著凍融次數的增加，冷凍預發酵面團水分不斷遷移散失使得面團硬度和膠著性上升，G′和G″下降，破壞了面筋蛋白強度，淀粉顆粒表面也由圓滑轉變為凹凸不平。預發酵油酥燒餅烘烤成熟后，隨著凍融次數的增加，其比體積和感官評分呈現逐步降低趨勢。

與空白組冷凍預發酵面團相比，CF 組的樣品硬度和膠著性有所上升，且G′和G″變化更平穩，這是因為柑橘纖維通過面筋蛋白的鍵合關系，提高了面團結合水的能力，使得食品內部形成穩定的三維結構。在一定程度上可以阻止凍融循環對面筋蛋白的破壞，維持蛋白面筋結構。CF 組預發酵油酥燒餅感官評分要優于空白組，且具有較好的顏色和香味，可能與柑橘纖維結構有關，但仍需進一步探索。

綜上所述，凍融循環會導致冷凍預發酵面團和預發酵油酥燒餅的品質降低，且溫度起伏越大或起伏次數越多，品質降低越顯著，因此建議在冷凍食品儲存和運輸的過程中盡可能減少溫度變化。本試驗為冷凍發酵型面食提供了一定的理論基礎，對工業化生產、儲藏冷凍生坯面團提供指導。